JP2010149109A - Catalyst for producing high calorie gas, production method therefor, and method for producing high calorie gas using catalyst for producing high calorie gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素および一酸化炭素を含む混合ガスから、一般に都市ガスとして利用されるメタンガスよりも高カロリーのガスを製造する技術に関し、より具体的には、ルテニウム系触媒により、メタン以外に炭素数2〜4の飽和炭化水素ガスを主成分の1つとして含む燃料ガス(本発明ではこれを高カロリーガスと称する。)を供給する技術に関する。 The present invention relates to a technique for producing a gas having a higher calorie than a methane gas generally used as a city gas from a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide, and more specifically, by using a ruthenium-based catalyst, carbon other than methane. The present invention relates to a technique for supplying a fuel gas containing a saturated hydrocarbon gas of several to four as one of the main components (in the present invention, this is referred to as a high calorie gas).
現在都市ガスとして供給されている燃料ガスは、メタンガスを主成分として発熱量が45MJ/Nm3となるようにブタン等の液化石油ガスを混合した高カロリーガスが用いられている。都市ガスの原料は、液化天然ガス(LNG)が主体ではあるが、近年、石油、LNGの需要増大と枯渇化に対応すべく、ナフサ等のスチームリフォーミングとメタネーションで得られる代替天然ガス(SNG)が研究開発され、利用されつつある。 The fuel gas currently supplied as city gas is a high-calorie gas in which liquefied petroleum gas such as butane is mixed so that the calorific value is 45 MJ / Nm 3 with methane gas as the main component. The main source of city gas is liquefied natural gas (LNG), but in recent years, alternative natural gas obtained by steam reforming and methanation such as naphtha to cope with the increasing demand and depletion of petroleum and LNG. SNG) is being researched and developed.
一般的なSNGは、ナフサ、石炭、オイルサンド等をガス化して得られる水素および一酸化炭素を含む混合ガスを原料として、ニッケル系の触媒により合成されている。この反応は、化1に示す(1)、(2)の反応により進行するものである。しかし、このようにして合成されるSNGは、主成分がメタン(n=1)と二酸化炭素であって、そのままではカロリーが低く(純粋にメタン100%と換算しても39.8MJ/Nm3である)、そのため、ブタン等の液化石油ガスを混合し、カロリー調整して燃料ガスとして利用しなければならないという実情がある。また、SNGは、不活性ガスの除去等の精製工程をしなければ燃料ガスとして供給できない不都合もあり、精製工程、カロリー調整工程等の後工程が必要になることによる製造プロセスの複雑化が実用化の問題点となっていた。
General SNG is synthesized by a nickel-based catalyst using, as a raw material, a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide obtained by gasifying naphtha, coal, oil sand and the like. This reaction proceeds by the reactions (1) and (2) shown in
〔化1〕
nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O…(1)
CO + H2O → CO2 + H2 ……………………………(2)
[Chemical formula 1]
nCO + (2n + 1) H 2 → C n H 2n + 2 + nH 2 O (1)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2)
そこで、メタン以外の飽和炭化水素ガス成分を含む高カロリーガスを製造する技術として種々の方法(主に触媒の改良)が研究開発されている。 Therefore, various methods (mainly catalyst improvements) have been researched and developed as a technique for producing a high calorie gas containing a saturated hydrocarbon gas component other than methane.
たとえば、特許文献1には、水素および一酸化炭素を含む混合ガスを用い、一酸化炭素ガスをほぼ100%転化し、エタンを含有する生成ガスを得ることができる、鉄・グラファイト系層間化合物を主成分とする触媒が記載されている。しかし、この触媒は、反応温度が400℃と比較的高く、また、生成されるガスは、十分に高カロリーとはいえず、反応エネルギーの省エネルギー化、カロリー調整等の製造プロセスの面からは改良の余地があった。
For example,
これに対して、水素および一酸化炭素を含む混合ガスから、メタン以外の飽和炭化水素ガス成分を高濃度に生成することができる、マンガン、コバルト、ニッケル等の第4周期遷移元素を担持したモリブデン酸化物の触媒が、特許文献2に記載されている。この触媒は、モリブデン酸化物の層間に第4周期遷移元素を担持させることにより、生成ガス中のエタン、プロパン、ブタンへの選択率を向上させることができるというものである。しかし、この触媒によると、反応温度がやはり高く、省エネルギーの面での改良の余地が残る上、一酸化炭素ガスの転化率が低く、製造プロセスの面からは改良の余地があった。 In contrast, molybdenum carrying a fourth-period transition element such as manganese, cobalt, nickel, etc., capable of producing a saturated hydrocarbon gas component other than methane at a high concentration from a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide. An oxide catalyst is described in US Pat. This catalyst can improve the selectivity to ethane, propane, and butane in the product gas by supporting the fourth period transition element between the molybdenum oxide layers. However, according to this catalyst, the reaction temperature is still high, and there remains room for improvement in terms of energy saving. Further, the conversion rate of carbon monoxide gas is low, and there is room for improvement in terms of the manufacturing process.
さらに、特許文献3にも、水素および一酸化炭素を含む混合ガスから、メタン以外の飽和炭化水素ガス成分を高濃度に生成することができるルテニウム系触媒が記載されている。この触媒は、マンガン酸化物に、アルカリ金属、イオウ、ルテニウムを添加したものである。しかし、このような触媒であっても、反応温度が高いうえ、一酸化炭素ガスの転化率が低く、省エネルギー、製造プロセスの両面から改良の余地があった。
Further,
そこで、特許文献4に、水素および一酸化炭素を含む混合ガスから、一酸化炭素ガス転化率が高く、比較的低い反応温度で、メタン以外の飽和炭化水素ガス成分を高濃度に生成することができるルテニウム系触媒が開示されている。この触媒は、アルミナ、チタニア等の担体に、焼成法により鉄、コバルトおよびマンガンおよびルテニウムの3成分をアルミナ担体に担持させ、さらにゼオライト系触媒と混合するというものである。しかし、この特許文献4に記載のルテニウム系触媒は、多数の構成要素から合成されねばならないうえ、使用に際しては、水素ガスによる還元処理を必要とすることから、成分の均一なものを大量に製造することは困難であり、また、高カロリーガス製造プロセスや、触媒そのものの製造プロセスが複雑になることからも改良の余地がある。また、この触媒は、水蒸気に対する耐久性が充分とはいえず、経時安定性の向上が望まれる。
Therefore,
本発明は、上記実情に鑑み、比較的低い温度で、高カロリーガス中にメタン以外の飽和炭化水素ガス成分を高濃度に生成することができる新規なルテニウム系の高カロリーガス製造用触媒を提供することにあり、このような高カロリーガス製造用触媒により、省エネルギーで高効率に高カロリーガスを製造する技術を提供することにある。 In view of the above circumstances, the present invention provides a novel ruthenium-based high calorie gas production catalyst capable of producing a high concentration of saturated hydrocarbon gas components other than methane in a high calorie gas at a relatively low temperature. Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for producing a high calorie gas with energy saving and high efficiency by using such a catalyst for producing a high calorie gas.
本発明者らは、鋭意研究の結果、高カロリーガス製造用触媒として用いられるルテニウムが担持された触媒において、種々の条件下で得られた触媒の性能を検討したところ、担持されたルテニウムの分散度が20%以上であれば、ルテニウムと鉄族元素との協働作用により、比較的低温でかつ高い一酸化炭素転化率で、高カロリーガスを製造することができる触媒であることを見出した。また、ルテニウムを、湿式還元法により担体に担持させることにより、ルテニウム分散度が20%以上の高い分散度で担持されられることを見出した。 As a result of diligent research, the present inventors have examined the performance of the catalyst obtained under various conditions in the catalyst on which ruthenium used as a catalyst for producing high calorie gas is supported. When the degree is 20% or more, it has been found that the catalyst can produce a high calorie gas at a relatively low temperature and at a high carbon monoxide conversion rate by the cooperative action of ruthenium and an iron group element. . Further, it has been found that ruthenium is supported on a carrier by a wet reduction method so that the ruthenium dispersity is supported at a high dispersity of 20% or more.
〔構成〕
本発明は上記新知見に基づきなされたものであって、
上記技術課題を解決するための本発明の高カロリーガス製造用触媒の特徴構成は、
ルテニウムと鉄族元素を金属酸化物担体に担持させてあり、ルテニウム分散度が20%以上である点にある。
ここで、ルテニウム分散度は、下式のように、担持されたルテニウムの全原子数のうち、一酸化炭素を化学吸着することができるルテニウム原子数の比を表したものである。すなわち、担持された全ルテニウム原子のうち、表面に露出して触媒として機能できるルテニウム原子の割合を示している。なお、ルテニウムの一酸化炭素吸着量は、触媒学会により標準化されている「COパルス法による金属表面積測定法」(参照触媒委員会、触媒、31、317(1989))により求めることができる。
〔Constitution〕
The present invention has been made based on the above new findings,
The characteristic configuration of the catalyst for producing a high calorie gas of the present invention for solving the above technical problem is as follows.
Ruthenium and iron group elements are supported on a metal oxide carrier, and the degree of ruthenium dispersion is 20% or more.
Here, the ruthenium dispersity represents the ratio of the number of ruthenium atoms capable of chemisorbing carbon monoxide out of the total number of atoms of the supported ruthenium, as shown in the following formula. That is, the ratio of ruthenium atoms that can be exposed to the surface and function as a catalyst among all the supported ruthenium atoms is shown. The amount of carbon monoxide adsorbed on ruthenium can be determined by “a metal surface area measurement method by the CO pulse method” standardized by the Catalysis Society of Japan (Reference Catalyst Committee, Catalysts, 31, 317 (1989)).
[ルテニウムの分散度(%)]=[ルテニウムの一酸化炭素吸着量(mol)]/[担持したルテニウム量(mol)]×100 [Dispersity of ruthenium (%)] = [Carbon monoxide adsorption amount (mol) of ruthenium] / [Amount of supported ruthenium (mol)] × 100
また、この場合、金属酸化物担体に、ルテニウムを湿式還元法により担持させてあることが好ましい。
また、さらに、鉄族元素を担持させてある金属酸化物担体に、さらに、ルテニウムを湿式還元法により担持させてあることが好ましい。
また、金属酸化物担体にルテニウムを湿式還元法により担持させてある金属酸化物担体に、さらに、鉄族元素を湿式還元法により担持させてあってもよい。
In this case, it is preferable that ruthenium is supported on the metal oxide support by a wet reduction method.
Further, it is preferable that ruthenium is further supported by a wet reduction method on a metal oxide support on which an iron group element is supported.
Further, an iron group element may be further supported by a wet reduction method on a metal oxide support in which ruthenium is supported on the metal oxide support by a wet reduction method.
〔作用効果〕
本発明の高カロリーガス製造用触媒は、上記新知見に基づき、金属酸化物担体にルテニウムが20%以上の高い分散度で担持されていることから、多くの一酸化炭素を吸着し、さらに、ルテニウムと鉄族元素との協働作用により、他の助触媒等の成分の使用なしに、300℃〜350℃程度の比較的低温で、かつ、高い一酸化炭素転化率で、高カロリーガスを製造することができるものである。
[Function and effect]
The catalyst for producing a high calorie gas of the present invention is based on the above new knowledge, because ruthenium is supported on the metal oxide support with a high dispersity of 20% or more, adsorbs a lot of carbon monoxide, Due to the cooperative action of ruthenium and iron group elements, high calorie gas can be produced at a relatively low temperature of about 300 ° C. to 350 ° C. and at a high carbon monoxide conversion rate without using other components such as a promoter. It can be manufactured.
ルテニウム分散度が高いほど、担持されているルテニウムの平均的な粒子径は小さく、触媒反応の高活性の部分が多く存在している。担持されているルテニウムの平均的な粒子径は、X線回折分析もしくは電子顕微鏡観察により特定することができる。X線回折分析では、次のScherrerの式から担持金属もしくは化合物の平均的な粒子径を求めることができる。
D = Kλ/(βcosθ)
ここで、D(nm)は結晶子の大きさを表し、担持金属もしくは化合物の平均的な粒子径に相当する。λ(nm)はX線の波長、θ(°)は回折角、β(rad)は回折線ピークの半価幅であり、K(−)は粒子形状に由来する定数であり、球状粒子を仮定するとK=0.9である。ルテニウム分散度が20%未満の触媒についてX線回折分析を行うと、酸化ルテニウムに相当する回折角である2θ=28.02°と35.07°の位置に回折線ピークが現れた。このときのX線源のターゲットは銅であり、X線の波長λは0.1541nm(特性X線Kα1)である。現れた回折線ピークの半価幅から、担持されたルテニウムの平均的な粒子径は12〜27nmであった。一方、ルテニウム分散度が20%以上の触媒についてX線回折分析を行うと、酸化ルテニウムに相当する回折角でも、また金属ルテニウムに相当する回折角でも回折線ピークは現れなかった。これは、入射X線を回折させることができないほど結晶子が小さい、すなわち担持金属もしくは化合物の平均的な粒子径が小さいことを表している。ルテニウム分散度が20%以上の触媒について、表面を透過型電子顕微鏡で観察すると、担持されたルテニウムおよび鉄はいずれも粒子径10nm以下の凝集状態で観察された。このことから、活性の高い高カロリーガス製造触媒を得るには、担持されたルテニウム(酸化ルテニウムを含む)の平均的な粒子径は10nm以下であることが必要であり、平均的な粒子径が10nm以下であることからルテニウム分散度は20%以上になると考えられる。
The higher the ruthenium dispersibility, the smaller the average particle size of the supported ruthenium, and there are many highly active portions of the catalytic reaction. The average particle diameter of the supported ruthenium can be specified by X-ray diffraction analysis or electron microscope observation. In the X-ray diffraction analysis, the average particle size of the supported metal or compound can be obtained from the following Scherrer equation.
D = Kλ / (βcosθ)
Here, D (nm) represents the size of the crystallite and corresponds to the average particle diameter of the supported metal or compound. λ (nm) is the X-ray wavelength, θ (°) is the diffraction angle, β (rad) is the half-value width of the diffraction line peak, K (−) is a constant derived from the particle shape, Assuming K = 0.9. When X-ray diffraction analysis was performed on a catalyst having a ruthenium dispersity of less than 20%, diffraction line peaks appeared at positions of 2θ = 28.02 ° and 35.07 °, which are diffraction angles corresponding to ruthenium oxide. The target of the X-ray source at this time is copper, and the wavelength λ of the X-ray is 0.1541 nm (characteristic X-ray Kα 1 ). From the half width of the diffraction line peak that appeared, the average particle diameter of the supported ruthenium was 12 to 27 nm. On the other hand, when X-ray diffraction analysis was performed on a catalyst having a ruthenium dispersity of 20% or more, no diffraction line peak appeared at a diffraction angle corresponding to ruthenium oxide or a diffraction angle corresponding to metal ruthenium. This indicates that the crystallite is so small that incident X-rays cannot be diffracted, that is, the average particle size of the supported metal or compound is small. When the surface of the catalyst having a ruthenium dispersity of 20% or more was observed with a transmission electron microscope, the supported ruthenium and iron were both observed in an aggregated state with a particle diameter of 10 nm or less. From this, in order to obtain a highly active high calorie gas production catalyst, the average particle size of the supported ruthenium (including ruthenium oxide) needs to be 10 nm or less, and the average particle size is Since it is 10 nm or less, it is considered that the ruthenium dispersity is 20% or more.
このような高カロリーガス製造用触媒の製造方法としては、典型的には、金属酸化物担体に、まず、鉄族元素を担持させ、その後、ルテニウムを湿式還元法により担持させると、前記金属酸化物担体の表面には、鉄族元素の担持された層のさらに表層側に、ルテニウムが20%以上の高い分散度で担持されることが、実験的にわかった。
また、ルテニウムと鉄族元素を同時に湿式還元法により金属酸化物担体に担持させる、もしくは、ルテニウムを湿式還元法により金属酸化物担体に担持させた後に、鉄族元素を湿式還元法により担持させてもルテニウムが20%以上の高い分散度で担持されることが、実験的にわかった。
As a method for producing a catalyst for producing such a high calorie gas, typically, a metal oxide carrier is first supported with an iron group element, and then ruthenium is supported by a wet reduction method. It has been experimentally found that ruthenium is supported on the surface of the object carrier with a high degree of dispersion of 20% or more on the surface layer side of the layer on which the iron group element is supported.
Also, ruthenium and iron group element are supported on the metal oxide support by wet reduction method simultaneously, or after ruthenium is supported on the metal oxide support by wet reduction method, iron group element is supported by wet reduction method. It was experimentally found that ruthenium was supported with a high degree of dispersion of 20% or more.
これらの場合、担持されたルテニウムの一部は鉄族元素に覆われるものの、表面に露出しているルテニウムは高い分散状態のままで維持されており、ルテニウム分散度は20%以上になる。そのため、ルテニウムが水素および一酸化炭素を含む混合ガスに接触する高活性の部分が多く生成することになり、活性の高い高カロリーガス製造用触媒を得ることができるものと考えられる。 In these cases, a part of the supported ruthenium is covered with the iron group element, but the ruthenium exposed on the surface is maintained in a highly dispersed state, and the ruthenium dispersity becomes 20% or more. Therefore, many highly active portions in which ruthenium comes into contact with the mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide are produced, and it is considered that a highly active catalyst for producing a high calorie gas can be obtained.
これらの結果より、ルテニウムを湿式還元法により担体に担持すると、得られるルテニウムは微細な粒子となるので、高い分散度をもって担体上に分散され
ることになり、高カロリーガスを製造する触媒として有用なものとなることが分かった。
From these results, when ruthenium is supported on the support by the wet reduction method, the resulting ruthenium becomes fine particles, and thus is dispersed on the support with a high degree of dispersion, which is useful as a catalyst for producing high calorie gas. I found out that
また、鉄族元素が担体に担持された状態でルテニウムを担持させると、ルテニウムは担体表面に担持されるとともに、鉄族元素の表面に対しても担持される。そのため、担持されたルテニウムどうしは、鉄族元素に対して結合していることにより、互いに凝集して分散度を低下させるというような現象が起きにくく、また、凝集しようとしても、鉄族元素によって凝集が妨げられて分散度の低下を起こしにくくなるものと考えられる。 Further, when ruthenium is supported while the iron group element is supported on the carrier, the ruthenium is supported on the surface of the carrier and also on the surface of the iron group element. For this reason, the supported rutheniums are bonded to the iron group element, so that a phenomenon such as agglomeration and a decrease in the degree of dispersion is unlikely to occur. It is considered that the aggregation is hindered and the degree of dispersion is hardly lowered.
したがって、ルテニウムの分散度を高くして20%以上とした高カロリーガス製造用触媒としては、ルテニウムを湿式還元法により担持させること、または、金属酸化物担体に、鉄族元素を担持させたのち、ルテニウムを湿式還元法により担持させることにより得られたものとしておけば、所望の高カロリーガス製造用触媒を提供することができるのである。特に好ましくは、金属酸化物担体に、鉄族元素を湿式還元法により担持させたのち、ルテニウムを湿式還元法により担持させることにより得られたものが、特に、ルテニウムの分散度のみならず鉄族元素の分散度も高いために、高カロリーガス製造用触媒としての活性が高く、かつ、性能も安定していると考えられる。 Therefore, as a catalyst for producing a high calorie gas in which the degree of dispersion of ruthenium is increased to 20% or more, ruthenium is supported by a wet reduction method, or after an iron group element is supported on a metal oxide support. If it is obtained by loading ruthenium by a wet reduction method, a desired catalyst for producing a high calorie gas can be provided. Particularly preferably, the metal oxide support obtained by supporting the iron group element by the wet reduction method and then supporting the ruthenium by the wet reduction method, particularly the iron group as well as the dispersibility of ruthenium. Since the degree of dispersion of the elements is high, it is considered that the activity as a catalyst for producing a high calorie gas is high and the performance is stable.
〔構成〕
なお、前記鉄族元素が鉄であることが好ましく、前記金属酸化物担体が、チタニアを主成分とするものであることが好ましい。また、前記金属酸化物担体に鉄を0.5質量%〜10質量%担持させてあることが好ましく、前記金属酸化物担体に、ルテニウムを1質量%〜8質量%担持させてあることが好ましい。
〔Constitution〕
The iron group element is preferably iron, and the metal oxide support is preferably composed mainly of titania. Further, it is preferable that 0.5% by mass to 10% by mass of iron is supported on the metal oxide support, and 1% by mass to 8% by mass of ruthenium is preferably supported on the metal oxide support. .
〔作用効果〕
ここで、前記鉄族元素は、フィッシャー・トロプシュ反応として知られる炭素鎖の結合反応により、生成される飽和炭化水素の成分比を、高カロリー成分に偏らせる作用を持ち、通常、単独で触媒として用いられる場合には、液体の飽和炭化水素を生じるまで反応を進行してしまうものであるが、ルテニウムによるメタン生成反応が高活性で進行するため、それらの協働により、フィッシャー・トロプシュ反応が、炭素数2〜4程度で選択的に停止する事ができる。つまり、高カロリーガスを選択的に製造できるのである。
[Function and effect]
Here, the iron group element has an action of biasing the component ratio of the saturated hydrocarbon produced by the carbon chain bonding reaction known as the Fischer-Tropsch reaction to the high-calorie component, and usually alone as a catalyst. When used, the reaction proceeds until liquid saturated hydrocarbons are generated, but since the methanation reaction with ruthenium proceeds with high activity, the Fischer-Tropsch reaction, due to their cooperation, It can be selectively stopped with about 2 to 4 carbon atoms. That is, high calorie gas can be selectively produced.
ここで、前記鉄族元素としては、鉄、コバルト、ニッケルが含まれ、通常これらは、類似の性質を持ち、本発明でも、鉄、コバルト、が有効に利用できることが確認されているが、鉄を用いた場合に、生成される高カロリーガスの成分が、炭素数2〜4程度の飽和炭化水素ガスをより高濃度に含有するものとなるので(主成分がメタンに偏りすぎず、また、液体成分を生じにくいので)、鉄を用いることが好ましい。 Here, the iron group elements include iron, cobalt, and nickel. Usually, these have similar properties, and it has been confirmed that iron and cobalt can be effectively used in the present invention. Is used, the component of the high calorie gas to be produced contains a higher concentration of saturated hydrocarbon gas having about 2 to 4 carbon atoms (the main component is not too biased to methane, It is preferable to use iron because it is difficult to produce liquid components.
また、前記金属酸化物担体としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカアルミナ等の金属酸化物が用いられるが、中でもチタニアが好ましく、チタニアを用いることにより、高カロリーガスを製造する反応温度を低く抑えることができる。また、その結果、生成する高カロリーガスの炭素数2〜4程度の飽和炭化水素ガス含有率を向上させることができるものと考えられる。 Further, as the metal oxide carrier, metal oxides such as silica, alumina, zirconia, titania, silica alumina and the like are used. Among them, titania is preferable, and by using titania, a reaction temperature for producing a high calorie gas is set. It can be kept low. As a result, it is considered that the content of saturated hydrocarbon gas having about 2 to 4 carbon atoms in the generated high calorie gas can be improved.
尚、前記金属酸化物担体に担持させる鉄の担持量は0.5質量%〜10質量%とすることが好ましい。これは、鉄の担持量が0.5質量%より少ないと、生成ガス中に含まれる炭素数2〜4程度の飽和炭化水素ガス含有率を充分高くすることができず、鉄の担持量が10質量%を超えると、高カロリーガス製造用触媒全体としての活性が低下する傾向が見られるためである。また、後述の実施例より、金属酸化物担体に担持させる鉄の担持量は、0.5質量%〜3質量%とすることがさらに好ましい。 In addition, it is preferable that the load of iron supported on the metal oxide support is 0.5 mass% to 10 mass%. This is because if the amount of iron supported is less than 0.5% by mass, the saturated hydrocarbon gas content of about 2 to 4 carbon atoms contained in the product gas cannot be sufficiently increased, and the amount of iron supported is This is because when the content exceeds 10% by mass, the activity of the high calorie gas production catalyst as a whole tends to decrease. In addition, it is more preferable that the amount of iron supported on the metal oxide support is 0.5% by mass to 3% by mass from the examples described later.
また、前記金属酸化物担体に担持させるルテニウムの担持量については、以下のような傾向がある。つまり、ルテニウムの担持量が、1質量%よりも少ないと、高カロリーガス製造用触媒全体として、触媒活性点が少なくなり(活性が低くなり)、反応が進行しにくくなる。そのため、前記高カロリーガス製造用触媒を用いた反応は、温度を高くせざるを得なくなり、エネルギー効率が低下するとともに、反応温度の上昇に伴って、生成ガス中のメタンガス選択性が上昇してしまう。その結果、充分高カロリーのガスが得られにくくなる傾向となる。また、8質量%よりも多いと、ルテニウム自体のメタン生成活性が優勢に過ぎ、やはり、生成ガス中のメタンガス選択性が上昇してしまい、充分高カロリーのガスが得られにくくなる傾向がある。これらの理由により、ルテニウムの担持量は、1質量%〜8質量%とすることが好ましい。また、後述の実施例より、金属酸化物担体に担持させるルテニウムの担持量は、2質量%〜6質量%とすることがさらに好ましい。 Further, the amount of ruthenium supported on the metal oxide support has the following tendency. That is, when the amount of ruthenium supported is less than 1% by mass, the catalyst for producing high-calorie gas as a whole has fewer catalyst active points (lower activity) and the reaction does not proceed easily. Therefore, the reaction using the catalyst for producing the high calorie gas has to increase the temperature, the energy efficiency is lowered, and the methane gas selectivity in the generated gas is increased with the increase of the reaction temperature. End up. As a result, it becomes difficult to obtain a gas having a sufficiently high calorie. On the other hand, when the amount is more than 8% by mass, the methane generation activity of ruthenium itself is too dominant, and the selectivity of methane gas in the generated gas is increased, so that it is difficult to obtain a gas having a sufficiently high calorie. For these reasons, the supported amount of ruthenium is preferably 1% by mass to 8% by mass. Further, from the examples described later, it is more preferable that the amount of ruthenium supported on the metal oxide carrier is 2 mass% to 6 mass%.
〔構成〕
また、本発明の高カロリーガス製造用触媒の製造方法の特徴構成は、ルテニウムと鉄族元素とを、ルテニウム分散度が20%以上となるように金属酸化物担体に分散させて担持させる点にある。
ここで、金属酸化物担体に、ルテニウムを湿式還元法により担持させる、もしくは、金属酸化物担体に、鉄族元素を担持させたのち、ルテニウムを湿式還元法により担持させることが好ましく、さらに、金属酸化物担体に、ルテニウムを湿式還元法により担持させたのち、鉄族元素を湿式還元法により担持させることが好ましい。
〔Constitution〕
In addition, the characteristic configuration of the method for producing a high calorie gas production catalyst of the present invention is that ruthenium and an iron group element are dispersed and supported on a metal oxide support so that the degree of ruthenium dispersion is 20% or more. is there.
Here, it is preferable that ruthenium is supported on the metal oxide support by a wet reduction method, or after supporting an iron group element on the metal oxide support, ruthenium is preferably supported by a wet reduction method. It is preferable that ruthenium is supported on the oxide carrier by a wet reduction method and then an iron group element is supported by a wet reduction method.
なお、前記鉄族元素が鉄であることが好ましく、前記金属酸化物担体が、チタニアを主成分とするものであることが好ましい。また、前記金属酸化物担体に鉄を0.5質量%〜10質量%担持させてあることが好ましく、前記金属酸化物担体に、ルテニウムを1質量%〜8質量%担持させてあることが好ましい。 The iron group element is preferably iron, and the metal oxide support is preferably composed mainly of titania. Further, it is preferable that 0.5% by mass to 10% by mass of iron is supported on the metal oxide support, and 1% by mass to 8% by mass of ruthenium is preferably supported on the metal oxide support. .
〔作用効果〕
つまり、これらの特徴構成により作製された高カロリーガス製造用触媒は、先述のように高い分散度でルテニウムを担持させることができており、高カロリーガスを製造するのに適しているものと考えられる。
[Function and effect]
That is, the catalyst for producing high calorie gas produced by these characteristic configurations can carry ruthenium with high dispersity as described above, and is considered suitable for producing high calorie gas. It is done.
〔構成〕
さらに、本発明の高カロリーガスの製造方法の特徴構成は、水素および一酸化炭素を含む混合ガスを、先述の高カロリーガス製造用触媒の存在下に反応させる点にある。
〔Constitution〕
Furthermore, the high-calorie gas production method according to the present invention is characterized in that a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide is reacted in the presence of the aforementioned high-calorie gas production catalyst.
〔作用効果〕
上記高活性の高カロリーガス製造用触媒を用いて、水素および一酸化炭素を含む混合ガスを反応させると、前記混合ガス中の一酸化炭素ガスは、ルテニウム触媒下の水素により還元を受けて、メタン化し、さらに、鉄族元素により、炭素−炭素鎖を形成する。そのため、前記混合ガスが反応すると、これらルテニウムと鉄族元素との協働作用により、メタンと炭素数2〜4の飽和炭化水素との混合物を与える。したがって、メタン、および、メタンと液体飽和炭化水素との中間に位置する気体飽和炭化水素の混合物を、効率良く生成させて高カロリーガスを製造することができる。
[Function and effect]
When the mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide is reacted using the highly active high calorie gas production catalyst, the carbon monoxide gas in the mixed gas is reduced by hydrogen under the ruthenium catalyst, It is methanated and a carbon-carbon chain is formed by an iron group element. Therefore, when the mixed gas reacts, a mixture of methane and a saturated hydrocarbon having 2 to 4 carbon atoms is provided by the cooperative action of the ruthenium and the iron group element. Therefore, a high calorie gas can be produced by efficiently producing methane and a mixture of gaseous saturated hydrocarbons located between methane and liquid saturated hydrocarbons.
なお、本発明で担体に担持されたルテニウムは、湿式還元法条件で担持された場合など、通常は、金属状態で担持されているものと考えられるが、触媒として機能する形態を逸脱しない範囲で、酸化物や、含浸担持させる場合に用いた硝酸塩、塩化物等の塩等の形態のものを含んでいてもよい。本発明では、これら種々の形態のルテニウムを総称して単にルテニウムと総称するものとする。また、鉄族元素と称する場合も同様である。 The ruthenium supported on the carrier in the present invention is usually considered to be supported in a metallic state, such as when it is supported under wet reduction conditions, but within a range that does not depart from the form of functioning as a catalyst. , Oxides, and salts such as nitrates and chlorides used when impregnating and supporting may be included. In the present invention, these various forms of ruthenium are collectively referred to simply as ruthenium. The same applies to the case of an iron group element.
したがって、本発明では、高カロリーガス製造用触媒およびその製造方法を提供することにより、本発明の高カロリーガス製造方法により、省エネルギーかつ高効率に高カロリーガスを製造することができるようになり、世界的なエネルギー需要の増大、エネルギー資源の枯渇に対し、新しい形態の燃料ガス供給を可能とするための技術を提供することができた。 Therefore, in the present invention, by providing a high calorie gas production catalyst and its production method, the high calorie gas production method of the present invention makes it possible to produce high calorie gas with energy saving and high efficiency, In response to increasing global energy demand and depletion of energy resources, we were able to provide technology to enable new forms of fuel gas supply.
以下に、本発明の高カロリーガス製造用触媒を説明する。尚、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。 Below, the catalyst for high calorie gas production of the present invention is explained. Preferred examples are described below, but these examples are described in order to more specifically illustrate the present invention, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The present invention is not limited to the following description.
本発明の高カロリーガス製造用触媒は、鉄族元素を担持させてある金属酸化物担体に、さらに、ルテニウムを湿式還元法により分散度20%以上で担持させてある。 In the high calorie gas production catalyst of the present invention, ruthenium is further supported on a metal oxide support on which an iron group element is supported with a degree of dispersion of 20% or more by a wet reduction method.
ここで、より具体的には、たとえば、鉄族元素としての鉄を、金属酸化物担体としてのチタニアに湿式還元法を用いて担持させる。ついで、ルテニウムを湿式還元法により担持させることにより、本発明の高カロリーガス製造用触媒を得る。
得られた高カロリーガス製造用触媒は、反応容器に収容され、その反応容器内の高カロリーガス製造用触媒と接触するように、水素および一酸化炭素を含む混合ガスを流通させ、前記反応容器から排出されるガスを回収して生成ガスを高カロリーガスとして得る。
以下に、より具体的な実施例について説明する。
More specifically, for example, iron as an iron group element is supported on titania as a metal oxide carrier by a wet reduction method. Next, ruthenium is supported by a wet reduction method to obtain the high calorie gas production catalyst of the present invention.
The obtained high calorie gas production catalyst is accommodated in a reaction vessel, and a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide is circulated so as to come into contact with the high calorie gas production catalyst in the reaction vessel. The gas discharged from the gas is recovered to obtain the product gas as a high calorie gas.
Hereinafter, more specific examples will be described.
〔実施例1〕
実施例1においては、(a)〜(e)の反応剤を用いる。
(a) 直径2〜4mmの球状のチタニア10g
(b) 1.45gの硝酸鉄(III)・9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)を含む水溶液
(c) 0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d) 0.3%ヒドラジン水溶液
(e) 0.43gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
[Example 1]
In Example 1, the reactants (a) to (e) are used.
(A) 10 g of spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm
(B) Aqueous solution containing 1.45 g of iron (III) nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O) (c) 0.375N aqueous sodium hydroxide solution (d) 0.3% hydrazine Aqueous solution (e) An aqueous solution containing 0.43 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content: 47.3 mass%)
(鉄担持チタニア)
担体(a)に硝酸鉄水溶液(b)の全量を含浸させ、これを乾燥させる(含浸法)。さらに、得られた担体を400℃で、6時間焼成すること(焼成法)により、鉄担持チタニアを得た。
(Iron-supporting titania)
The carrier (a) is impregnated with the entire amount of the iron nitrate aqueous solution (b) and dried (impregnation method). Furthermore, the obtained carrier was fired at 400 ° C. for 6 hours (baking method) to obtain iron-supporting titania.
(鉄−ルテニウム担持チタニア:触媒A)
次に、前記鉄担持チタニアに、塩化ルテニウム水溶液(e)を規定量の半分量を含浸させ、これを乾燥させる。次いで、これに、残り半分量の塩化ルテニウム水溶液(e)を含浸させ、これを乾燥させる。さらに、水酸化ナトリウム水溶液(c)に、得られた担体を浸漬し、担体にルテニウムを固定した。この担体を、水洗、乾燥した後、常温で1時間、90mlのヒドラジン水溶液(d)により還元して(湿式還元法)、高カロリーガス製造用触媒として鉄−ルテニウム担持チタニアを得た。この高カロリーガス製造用触媒を触媒Aとする。担持されたルテニウムは数十μm〜数百μmの厚さに堆積され、表面層付近ではルテニウムの酸化物、塩化物、水酸化物等のようなルテニウム化合物が金属状態のルテニウムと混在している。
得られた高カロリーガス製造用触媒(触媒A)について高カロリーガス製造に関する反応試験1を行った。
(Iron-ruthenium-supported titania: catalyst A)
Next, the iron-supporting titania is impregnated with a ruthenium chloride aqueous solution (e) in half of the prescribed amount and dried. Then, the remaining half of the ruthenium chloride aqueous solution (e) is impregnated and dried. Furthermore, the obtained support | carrier was immersed in sodium hydroxide aqueous solution (c), and the ruthenium was fixed to the support | carrier. The carrier was washed with water, dried, and then reduced with 90 ml of a hydrazine aqueous solution (d) at room temperature for 1 hour (wet reduction method) to obtain iron-ruthenium-supporting titania as a catalyst for producing a high calorie gas. This high calorie gas production catalyst is referred to as Catalyst A. The supported ruthenium is deposited to a thickness of several tens to several hundreds of μm, and ruthenium compounds such as ruthenium oxides, chlorides and hydroxides are mixed with ruthenium in a metallic state near the surface layer. .
About the obtained catalyst for high-calorie gas production (Catalyst A), a
〔反応試験1〕
水素および一酸化炭素を含む混合ガスを、前記触媒Aの存在下に反応させた。
この触媒Aのチタニアに対する鉄含有量は硝酸鉄(III)・9水和物を鉄換算して0.2g、含有率は、チタニア10gに対して2質量%となる。同様に、チタニアに対するルテニウムの含有率は2質量%である。また、一酸化炭素吸着法により、チタニアに対するルテニウムの分散度を測定すると、51.1%と高い分散度を示すことがわかった。
[Reaction Test 1]
A mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide was reacted in the presence of the catalyst A.
The iron content of the catalyst A with respect to titania is 0.2 g in terms of iron (III) nitrate nonahydrate, and the content is 2 mass% with respect to 10 g of titania. Similarly, the content of ruthenium with respect to titania is 2% by mass. Further, when the degree of dispersion of ruthenium with respect to titania was measured by the carbon monoxide adsorption method, it was found that the degree of dispersion was as high as 51.1%.
有効内径16mmのチューブ状反応管に前記触媒Aを2ml充填し、一酸化炭素/水素比1/2の混合ガスを供給した。触媒あたりの混合ガス供給量(GHSV)は、2000/Hr,0.6MPaGで反応を行った。反応温度は250℃に設定し、25℃刻みで400℃まで順次昇温させ、生成ガスの組成を分析しつつ、反応性を追跡した。 A tubular reaction tube having an effective inner diameter of 16 mm was filled with 2 ml of the catalyst A, and a mixed gas having a carbon monoxide / hydrogen ratio of 1/2 was supplied. The reaction was carried out at a mixed gas supply amount per catalyst (GHSV) of 2000 / Hr, 0.6 MPaG. The reaction temperature was set to 250 ° C., the temperature was increased gradually to 400 ° C. in increments of 25 ° C., and the reactivity was monitored while analyzing the composition of the product gas.
=反応条件まとめ=
触媒 :触媒A
触媒量 :2ml
原料ガス :一酸化炭素/水素比=1/2の混合ガス
ガス供給量(GHSV) :2000(/Hr)
供給圧 :0.6(MPaG)
反応温度 :250℃〜400℃(一酸化炭素転化率99%以上となった温度で評価。99%以上にならなかった場合は、400℃における一酸化炭素転化率で評価)
= Summary of reaction conditions =
Catalyst: Catalyst A
Catalyst amount: 2 ml
Source gas: Carbon monoxide / hydrogen ratio = 1/2 mixed gas supply amount (GHSV): 2000 (/ Hr)
Supply pressure: 0.6 (MPaG)
Reaction temperature: 250 ° C. to 400 ° C. (Evaluated at a temperature at which the carbon monoxide conversion rate is 99% or more. If it is not 99% or more, evaluate at a carbon monoxide conversion rate at 400 ° C.)
(分析結果)
生成ガスの分析には、ガスクロマトグラフを用い、分析結果から一酸化炭素ガスの転化率、生成ガス中のC1〜C13の炭化水素量を求めた。
生成ガスには、原料とした混合ガスおよび反応により生成した飽和炭化水素ガスが含まれ、メタン(C1)が61%、エタン(C2)が15.9%、プロパンが(C3)17.7%、ブタンが(C4)0.1%であった。また、他にペンタン、ヘキサン、ヘプタンおよびC1〜C7の不飽和炭化水素(C5+)5.3%が含まれる事がわかった。尚、C8以上の炭化水素は、検出限界以下か、痕跡量であった。また、換算発熱量は、47.6MJ/Nm3であった。
(result of analysis)
For the analysis of the product gas, a gas chromatograph was used, and the conversion rate of carbon monoxide gas and the amount of C1 to C13 hydrocarbons in the product gas were determined from the analysis results.
The produced gas includes a mixed gas as a raw material and a saturated hydrocarbon gas produced by the reaction, and methane (C1) is 61%, ethane (C2) is 15.9%, and propane is (C3) 17.7%. , Butane was (C4) 0.1%. In addition, it was found that pentane, hexane, heptane and 5.3% of C1-C7 unsaturated hydrocarbon (C5 +) were contained. C8 or higher hydrocarbons were below the detection limit or in trace amounts. Moreover, the converted calorific value was 47.6 MJ / Nm 3 .
尚、本発明における生成ガス量(選択率)、転化率、換算発熱量は、数1により求める。
In addition, the amount of generated gas (selectivity), the conversion rate, and the converted calorific value in the present invention are obtained by
〔実施例2〕
実施例2においては、金属酸化物担体を変更した高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験2を行った。
実施例2においては、(a2)〜(e)の反応剤を用いる。
(a2) 直径2〜4mmの球状のアルミナ10g
(b) 1.45gの硝酸鉄(III)・9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)を含む水溶液
(c) 0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d) 0.3%ヒドラジン水溶液
(e) 0.43gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
[Example 2]
In Example 2, a catalyst for producing a high calorie gas in which the metal oxide support was changed was produced, and a
In Example 2, the reactants (a2) to (e) are used.
(A2) 10 g of spherical alumina having a diameter of 2 to 4 mm
(B) Aqueous solution containing 1.45 g of iron (III) nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O) (c) 0.375N aqueous sodium hydroxide solution (d) 0.3% hydrazine Aqueous solution (e) An aqueous solution containing 0.43 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content: 47.3 mass%)
(鉄担持アルミナ)
担体(a)に代え担体(a2)を用いた以外は、実施例1と同様に含浸法、焼成法により、鉄担持アルミナを得た。
(Iron supported alumina)
Iron-supported alumina was obtained by the impregnation method and the firing method in the same manner as in Example 1 except that the support (a2) was used instead of the support (a).
(鉄−ルテニウム担持アルミナ:触媒B)
前記鉄担持アルミナを用いた以外は、実施例1と同様に湿式還元法により、高カロリーガス製造用触媒として鉄−ルテニウム担持アルミナを得た。この高カロリーガス製造用触媒を触媒Bとする。
(Iron-ruthenium-supported alumina: catalyst B)
Except for using the iron-supporting alumina, an iron-ruthenium-supporting alumina was obtained as a catalyst for producing a high calorie gas by a wet reduction method in the same manner as in Example 1. This high calorie gas production catalyst is referred to as catalyst B.
〔実施例3〕
実施例3においては、担持するルテニウム量を種々変更した高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験3を行った。
実施例3においては、(a)〜(e6)の反応剤を用いる。
(a) 直径2〜4mmの球状のチタニア10g
(b2) 0.96gの塩化鉄(III)・6水和物(FeCl3・6H2O)を含む水溶液
(c) 0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d) 0.3%ヒドラジン水溶液
(e2) 0.11gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
(e3) 0.22gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
(e) 0.43gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
(e4) 0.86gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
(e5) 1.3gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
(e6) 1.7gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
Example 3
In Example 3, a catalyst for producing a high calorie gas in which the amount of ruthenium carried was variously changed was produced, and a
In Example 3, the reactants (a) to (e6) are used.
(A) 10 g of spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm
(B2) Aqueous solution containing 0.96 g of iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 .6H 2 O) (c) 0.375N aqueous sodium hydroxide solution (d) 0.3% aqueous hydrazine solution (e2) Aqueous solution (e3) containing 0.11 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content 47.3% by mass) Aqueous solution (e) containing 0.22 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content 47.3% by mass) An aqueous solution (e4) containing 0.43 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content 47.3 mass%) An aqueous solution (e5) containing 0.86 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content 47.3 mass%) An aqueous solution (e6) containing 1.3 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content 47.3 mass%) 1.7 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content 4) Aqueous solution containing .3% by weight)
(鉄担持チタニア)
担体(a)に塩化鉄水溶液(b2)の全量を含浸させ、これを乾燥させる。さらに、水酸化ナトリウム水溶液(c)に、得られた担体を浸漬し、担体に鉄を固定化した。この担体を、水洗、乾燥した後、常温で1時間、90mlのヒドラジン水溶液(d)により湿式還元法し、水洗、乾燥して含浸法、湿式還元法により、鉄担持チタニアを得た。
(Iron-supporting titania)
The carrier (a) is impregnated with the entire amount of the iron chloride aqueous solution (b2) and dried. Furthermore, the obtained support | carrier was immersed in sodium hydroxide aqueous solution (c), and iron was fix | immobilized on the support | carrier. This carrier was washed with water and dried, then wet-reduced with 90 ml of hydrazine aqueous solution (d) for 1 hour at room temperature, washed with water and dried to obtain iron-supported titania by impregnation and wet reduction.
(鉄−ルテニウム担持チタニア:触媒C〜H)
前記鉄担持チタニアを用い、塩化ルテニウム水溶液(e)に代え塩化ルテニウム水溶液(e)〜(e6)を用いた以外は、実施例1と同様に含浸法、湿式還元法により、高カロリーガス製造用触媒として鉄−ルテニウム担持チタニアを得た。この高カロリーガス製造用触媒を順に触媒C〜Hとする。
(Iron-ruthenium-supported titania: catalysts C to H)
For the production of high calorie gas by the impregnation method and the wet reduction method in the same manner as in Example 1 except that the iron-supported titania is used and the ruthenium chloride aqueous solutions (e) to (e6) are used instead of the ruthenium chloride aqueous solution (e). As a catalyst, iron-ruthenium-supported titania was obtained. This high calorie gas production catalyst is referred to as catalysts C to H in order.
〔実施例4〕
実施例4においては、担持する鉄量を種々変更した高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験4を行った。
実施例4においては、下記(a)〜(e)の反応剤を用いる。
(a) 直径2〜4mmの球状のチタニア10g
(b3) 0.24gの塩化鉄(III)・6水和物(FeCl3・6H2O)を含む水溶液
(b4) 0.48gの塩化鉄(III)・6水和物(FeCl3・6H2O)を含む水溶液
(b5) 1.44gの塩化鉄(III)・6水和物(FeCl3・6H2O)を含む水溶液
(b6) 4.8gの塩化鉄(III)・6水和物(FeCl3・6H2O)を含む水溶液
(c) 0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d) 0.3%ヒドラジン水溶液
(e) 0.43gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
Example 4
In Example 4, a catalyst for producing a high calorie gas in which the amount of iron carried was variously changed was produced, and a
In Example 4, the following reagents (a) to (e) are used.
(A) 10 g of spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm
(B3) Aqueous solution containing 0.24 g of iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 .6H 2 O) (b4) 0.48 g of iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 .6H) Aqueous solution containing 2 O) (b5) Aqueous solution containing 1.44 g of iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 .6H 2 O) (b6) 4.8 g of iron (III) chloride hexahydrate (C) 0.375N sodium hydroxide aqueous solution (d) 0.3% hydrazine aqueous solution (e) 0.43 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content 47.3) containing the product (FeCl 3 .6H 2 O) Aqueous solution)
(鉄担持チタニア)
(鉄−ルテニウム担持チタニア:触媒I〜L)
塩化鉄水溶液(b2)に代え、塩化鉄(b3)〜(b6)を用いた以外は、実施例3と同様に含浸法、湿式還元法により、高カロリーガス製造用触媒として鉄−ルテニウム担持チタニアを得た。この高カロリーガス製造用触媒を順に触媒I〜Lとする。
(Iron-supporting titania)
(Iron-ruthenium-supported titania: catalysts IL)
Iron-ruthenium-supported titania as a catalyst for production of high calorie gas by impregnation method and wet reduction method in the same manner as in Example 3 except that iron chloride (b3) to (b6) was used instead of iron chloride aqueous solution (b2). Got. This catalyst for high calorie gas production is referred to as Catalysts I to L in order.
〔実施例5〕
実施例5においては、担持する鉄族元素を変更した高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験5を行った。
実施例5においては、(a)〜(e)の反応剤を用いる。
(a) 直径2〜4mmの球状のチタニア10g
(b7) 0.99gの塩化コバルト(III)・6水和物(CoCl3・6H2O)を含む水溶液
(c) 0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d) 0.3%ヒドラジン水溶液
(e) 0.43gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
Example 5
In Example 5, a catalyst for producing a high calorie gas in which the supported iron group element was changed was produced, and a reaction test 5 relating to the production of the high calorie gas was conducted.
In Example 5, the reactants (a) to (e) are used.
(A) 10 g of spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm
(B7) Aqueous solution containing 0.99 g of cobalt (III) chloride hexahydrate (CoCl 3 .6H 2 O) (c) 0.375N aqueous sodium hydroxide solution (d) 0.3% aqueous hydrazine solution (e) An aqueous solution containing 0.43 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content: 47.3 mass%)
(コバルト担持チタニア)
(コバルト−ルテニウム担持チタニア:触媒M)
塩化鉄水溶液(b2)に代え、塩化コバルト(b7)を用いた以外は、実施例3と同様に高カロリーガス製造用触媒としてコバルト−ルテニウム担持チタニアを得た。この高カロリーガス製造用触媒を触媒Mとする。
(Cobalt-supported titania)
(Cobalt-ruthenium-supported titania: catalyst M)
Cobalt-ruthenium-supporting titania was obtained as a catalyst for producing a high calorie gas in the same manner as in Example 3 except that cobalt chloride (b7) was used instead of the iron chloride aqueous solution (b2). This high calorie gas production catalyst is referred to as catalyst M.
〔比較例1〕
比較例1においては、鉄族元素を担持していない高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験6を行った。
比較例1においては、(a)〜(e)の反応剤を用いる。
(a) 直径2〜4mmの球状のチタニア10g
(a2) 直径2〜4mmの球状のアルミナ10g
(c) 0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d) 0.3%ヒドラジン水溶液
(e) 0.43gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, a catalyst for producing a high calorie gas not carrying an iron group element was produced, and a
In Comparative Example 1, the reactants (a) to (e) are used.
(A) 10 g of spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm
(A2) 10 g of spherical alumina having a diameter of 2 to 4 mm
(C) 0.375N sodium hydroxide aqueous solution (d) 0.3% hydrazine aqueous solution (e) An aqueous solution containing 0.43 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content: 47.3 mass%)
(ルテニウム担持チタニア:触媒N)
塩化鉄水溶液(b2)を用いない以外は、実施例4と同様に高カロリーガス製造用触媒としてルテニウム担持チタニアを得た。この高カロリーガス製造用触媒を触媒Nとする。
(Ruthenium-supported titania: catalyst N)
Ruthenium-supporting titania was obtained as a catalyst for producing a high calorie gas in the same manner as in Example 4 except that the aqueous iron chloride solution (b2) was not used. This high calorie gas production catalyst is referred to as catalyst N.
(ルテニウム担持アルミナ:触媒O)
塩化鉄水溶液(b2)を用いないこと、チタニア担体(a)に代え、アルミナ担体(a2)を用いること以外は、実施例4と同様に高カロリーガス製造用触媒としてルテニウム担持アルミナを得た。この高カロリーガス製造用触媒を触媒Oとする。
(Ruthenium-supported alumina: catalyst O)
Ruthenium-supported alumina was obtained as a catalyst for producing a high calorie gas in the same manner as in Example 4 except that the aqueous iron chloride solution (b2) was not used and the alumina carrier (a2) was used instead of the titania carrier (a). This high calorie gas production catalyst is referred to as catalyst O.
〔比較例2〕
比較例2においては、ルテニウムを湿式還元法によらず、焼成法により担体に担持させた高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験7を行った。
比較例2においては、(a)〜(e7)の反応剤を用いる。
(a) 直径2〜4mmの球状のチタニア10g
(b) 1.45gの硝酸鉄(III)・9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)を含む水溶液
(c) 0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d) 0.3%ヒドラジン水溶液
(e7) 5.15gの硝酸ルテニウム(III)(Ru(NO3)3)水溶液(ルテニウム換算濃度3.9質量%)
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, a high calorie gas production catalyst in which ruthenium was supported on a carrier by a calcination method was used instead of the wet reduction method, and a reaction test 7 relating to the high calorie gas production was conducted.
In Comparative Example 2, the reactants (a) to (e7) are used.
(A) 10 g of spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm
(B) Aqueous solution containing 1.45 g of iron (III) nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O) (c) 0.375N aqueous sodium hydroxide solution (d) 0.3% hydrazine Aqueous solution (e7) 5.15 g of ruthenium (III) nitrate (Ru (NO 3 ) 3 ) aqueous solution (ruthenium equivalent concentration 3.9% by mass)
(鉄担持チタニア)
実施例1と同様に、鉄担持チタニアを得た。
(Iron-supporting titania)
In the same manner as in Example 1, iron-supported titania was obtained.
(鉄−ルテニウム担持チタニア:触媒P)
前記鉄担持チタニアに硝酸ルテニウム水溶液(e7)の全量を含浸させ、これを乾燥させる。さらに、得られた担体を400℃で、6時間焼成することにより、高カロリーガス製造用触媒として鉄−ルテニウム担持チタニアを得た。この高カロリーガス製造用触媒を触媒Pとする。
(Iron-ruthenium-supported titania: catalyst P)
The iron-supporting titania is impregnated with the entire amount of the aqueous ruthenium nitrate solution (e7) and dried. Furthermore, the obtained carrier was calcined at 400 ° C. for 6 hours to obtain iron-ruthenium-supporting titania as a catalyst for producing a high calorie gas. This high calorie gas production catalyst is referred to as catalyst P.
〔比較例3〕
比較例3においては、ルテニウムを湿式還元法により、担持した後、鉄族元素を担持した高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験8を行った。
比較例3においては、(a)〜(e7)の反応剤を用いる。
(a) 直径2〜4mmの球状のチタニア10g
(b) 1.45gの硝酸鉄(III)・9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)を含む水溶液
(c) 0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d) 0.3%ヒドラジン水溶液
(e7) 0.43gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, after supporting ruthenium by a wet reduction method, a catalyst for producing a high calorie gas carrying an iron group element was produced, and a
In Comparative Example 3, the reactants (a) to (e7) are used.
(A) 10 g of spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm
(B) Aqueous solution containing 1.45 g of iron (III) nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O) (c) 0.375N aqueous sodium hydroxide solution (d) 0.3% hydrazine Aqueous solution (e7) An aqueous solution containing 0.43 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content: 47.3 mass%)
(ルテニウム担持チタニア)
比較例1と同様に、ルテニウム担持チタニアを得た。
(Ruthenium-bearing titania)
As in Comparative Example 1, ruthenium-supporting titania was obtained.
(ルテニウム−鉄担持チタニア:触媒Q)
前記ルテニウム担持チタニアに硝酸鉄水溶液(b)の全量を含浸させ、これを乾燥させる。さらに、得られた担体を400℃で、6時間焼成することにより、高カロリーガス製造用触媒としてルテニウム−鉄担持チタニアを得た。この高カロリーガス製造用触媒を触媒Qとする。
(Ruthenium-iron supported titania: Catalyst Q)
The ruthenium-supporting titania is impregnated with the entire amount of the iron nitrate aqueous solution (b) and dried. Furthermore, the obtained carrier was calcined at 400 ° C. for 6 hours to obtain ruthenium-iron-supporting titania as a catalyst for producing a high calorie gas. This high calorie gas production catalyst is referred to as catalyst Q.
〔反応試験2〜8〕
触媒Aに代え触媒B〜Qを用いた以外は、反応試験1と同様の試験条件で水素および一酸化炭素を含む混合ガスを反応させた。
[Reaction tests 2-8]
A mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide was reacted under the same test conditions as in the
〔実施例6〕
実施例6においては、実施例1と同様にルテニウムを湿式還元法により担持させた高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験9を行った。
実施例6においては、(a)〜(e)の反応剤を用いる。
(a)直径2〜4mmの球状チタニア10g
(b) 1.45gの硝酸鉄(III)・9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)を含む水溶液
(c)0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d)0.3%ヒドラジン水溶液
(e)0.43gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
Example 6
In Example 6, a catalyst for producing a high calorie gas in which ruthenium was supported by a wet reduction method as in Example 1 was produced, and a reaction test 9 relating to the production of the high calorie gas was conducted.
In Example 6, the reactants (a) to (e) are used.
(A) 10 g of spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm
(B) Aqueous solution containing 1.45 g of iron (III) nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O) (c) 0.375N sodium hydroxide aqueous solution (d) 0.3% hydrazine Aqueous solution (e) containing 0.43 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content 47.3 mass%)
(鉄担持チタニア)
実施例1と同様に、鉄担持チタニアを得た。
(鉄−ルテニウム担持チタニア:触媒R)
ルテニウムの含浸において、前記鉄担持チタニアに、規定量の塩化ルテニウム水溶液(e)を1回で全量含浸させた以外は、実施例1と同様に含浸法、湿式還元法により、高カロリーガス製造用触媒として鉄−ルテニウム担持チタニアを得た。この高カロリー製造用触媒を触媒Rとする。
(Iron-supporting titania)
In the same manner as in Example 1, iron-supported titania was obtained.
(Iron-ruthenium-supported titania: catalyst R)
In the impregnation of ruthenium, for the production of high calorie gas by the impregnation method and the wet reduction method in the same manner as in Example 1 except that the iron-supported titania was impregnated with the specified amount of ruthenium chloride aqueous solution (e) in one time. As a catalyst, iron-ruthenium-supported titania was obtained. This high calorie production catalyst is referred to as catalyst R.
〔反応試験9〕
実施例1と同様に反応試験を行った。一酸化炭素吸着法によるルテニウムの分散度を測定すると23.7%であった。実施例1でのルテニウム分散度51.1%より低い値になったのは、実施例1では2回に分割して行った塩化ルテニウム溶液の含浸を1回で行ったために、ルテニウムがうまく分散できなかったためと考えられる。
[Reaction Test 9]
A reaction test was conducted in the same manner as in Example 1. The degree of dispersion of ruthenium as measured by the carbon monoxide adsorption method was 23.7%. The ruthenium dispersion degree in Example 1 was lower than 51.1% because in Example 1, the ruthenium chloride solution impregnated in two portions was impregnated once, so that the ruthenium was well dispersed. It is thought that it was not possible.
〔比較例4〕
比較例4においては、ルテニウムを焼成法により担持させた高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験10を行った。
比較例4においては、(a)〜(e7)の反応剤を用いる。
(a) 直径2〜4mmの球状チタニア
(b)1.45gの硝酸鉄(III)・9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)を含む水溶液
(c)0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d)0.3%ヒドラジン水溶液
(e7)5.15gの硝酸ルテニウム(III)(Ru(NO3)3)水溶液(ルテニウム換算濃度3.9質量%)
[Comparative Example 4]
In Comparative Example 4, a catalyst for producing a high calorie gas in which ruthenium was supported by a firing method was produced, and a
In Comparative Example 4, the reactants (a) to (e7) are used.
(A) Spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm (b) Aqueous solution containing 1.45 g of iron (III) nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O) (c) 0.375N hydroxide Sodium aqueous solution (d) 0.3% hydrazine aqueous solution (e7) 5.15 g of ruthenium (III) nitrate (Ru (NO 3 ) 3 ) aqueous solution (ruthenium equivalent concentration 3.9% by mass)
(鉄担持チタニア)
実施例1と同様に、鉄担持チタニアを得た。
(鉄−ルテニウム担持チタニア:触媒T)
400℃焼成の時間を1時間にした以外は、比較例2と同様に含浸法、焼成法により、高カロリーガス製造用触媒として鉄−ルテニウム担持チタニアを得た。この高カロリー製造用触媒を触媒Tとする。
(Iron-supporting titania)
In the same manner as in Example 1, iron-supported titania was obtained.
(Iron-ruthenium-supported titania: catalyst T)
An iron-ruthenium-supported titania was obtained as a catalyst for producing a high calorie gas by the impregnation method and the firing method in the same manner as in Comparative Example 2 except that the firing time at 400 ° C. was 1 hour. This high calorie production catalyst is referred to as catalyst T.
〔反応試験10〕
実施例1と同様に反応試験を行った。
[Reaction Test 10]
A reaction test was conducted in the same manner as in Example 1.
〔実施例7〕
実施例7においては、ルテニウムと鉄を同時に湿式還元法により担体に担持させた高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験11を行った。
実施例7においては、(a)〜(d)の反応剤を用いる。
(a)直径2〜4mmの球状チタニア10g
(b8) 0.43gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)と0.96gの塩化鉄(III)・6水和物(FeCl3・6H2O)を含む水溶液
(c) 0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d) 0.3%ヒドラジン水溶液
Example 7
In Example 7, a catalyst for producing a high calorie gas in which ruthenium and iron were simultaneously supported on a carrier by a wet reduction method was produced, and a reaction test 11 relating to the production of the high calorie gas was conducted.
In Example 7, the reactants (a) to (d) are used.
(A) 10 g of spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm
(B8) An aqueous solution containing 0.43 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content 47.3 mass%) and 0.96 g of iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 .6H 2 O) (c ) 0.375N sodium hydroxide aqueous solution (d) 0.3% hydrazine aqueous solution
(ルテニウム−鉄担持チタニア:触媒U)
塩化鉄水溶液(b2)に代え、塩化ルテニウム・塩化鉄混合水溶液(b8)を用いた以外は、実施例3と同様に含浸法、湿式還元法により、高カロリーガス製造用触媒としてルテニウム−鉄担持チタニアを得た。この高カロリー製造用触媒を触媒Uとする。
(Ruthenium-iron supported titania: catalyst U)
Ruthenium-iron supported as a catalyst for high calorie gas production by the impregnation method and wet reduction method in the same manner as in Example 3 except that the aqueous solution of ruthenium chloride / iron chloride (b8) was used instead of the aqueous solution of iron chloride (b2). Obtained titania. This high-calorie production catalyst is referred to as catalyst U.
〔反応試験11〕
実施例1と同様に反応試験を行った。
[Reaction Test 11]
A reaction test was conducted in the same manner as in Example 1.
〔実施例8〕
実施例8においては、ルテニウムを湿式還元法により担持した後、鉄を湿式還元法により担持し、担持する鉄量を種々変更した高カロリーガス製造用触媒を製造し、その高カロリーガス製造に関する反応試験12を行った。
実施例7においては、下記(a)〜(e11)の反応剤を用いる。
(a)直径2〜4mmの球状チタニア10g
(b9)0.43gの塩化ルテニウム(III)(ルテニウム含有量47.3質量%)を含む水溶液
(c)0.375N水酸化ナトリウム水溶液
(d)0.3%ヒドラジン水溶液
(e8)0.24gの塩化鉄(III)・6水和物(FeCl3・6H2O)を含む水溶液
(e9)0.96gの塩化鉄(III)・6水和物(FeCl3・6H2O)を含む水溶液
(e10)1.92gの塩化鉄(III)・6水和物(FeCl3・6H2O)を含む水溶液
(e11)2.88gの塩化鉄(III)・6水和物(FeCl3・6H2O)を含む水溶液
Example 8
In Example 8, after supporting ruthenium by a wet reduction method, iron is supported by a wet reduction method, a catalyst for producing a high calorie gas in which the amount of iron to be carried is variously changed is manufactured, and the reaction relating to the production of the high calorie gas Test 12 was conducted.
In Example 7, the following reactants (a) to (e11) are used.
(A) 10 g of spherical titania having a diameter of 2 to 4 mm
(B9) An aqueous solution containing 0.43 g of ruthenium (III) chloride (ruthenium content: 47.3 mass%) (c) 0.375N aqueous sodium hydroxide solution (d) 0.34% aqueous hydrazine solution (e8) 0.24 g An aqueous solution containing iron (III) hexahydrate (FeCl 3 .6H 2 O) (e9) 0.96 g of an aqueous solution containing iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 .6H 2 O) (E10) An aqueous solution containing 1.92 g of iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 .6H 2 O) (e11) 2.88 g of iron (III) chloride hexahydrate (FeCl 3 .6H) 2 O) containing aqueous solution
(ルテニウム担持チタニア)
塩化鉄水溶液(b2)に代え、塩化ルテニウム水溶液(b9)を用いた以外は、実施例3と同様に含浸法、湿式還元法により、ルテニウム担持チタニアを得た。
(Ruthenium-bearing titania)
Ruthenium-supporting titania was obtained by the impregnation method and wet reduction method in the same manner as in Example 3 except that the ruthenium chloride aqueous solution (b9) was used instead of the iron chloride aqueous solution (b2).
(ルテニウム−鉄担持チタニア:触媒V〜Y)
塩化ルテニウム水溶液(e)に代え、塩化鉄水溶液(e8)〜(e11)を用いた以外は、実施例3と同様に含浸法、湿式還元法により、高カロリーガス製造用触媒としてルテニウム−鉄担持チタニアを得た。この高カロリー製造用触媒を順に触媒V,W、X,Yとする。
(Ruthenium-iron supported titania: catalysts V to Y)
Ruthenium-iron supported as a catalyst for high calorie gas production by the impregnation method and wet reduction method in the same manner as in Example 3 except that the aqueous iron chloride solutions (e8) to (e11) were used instead of the aqueous ruthenium chloride solution (e). Obtained titania. These high calorie production catalysts are referred to as catalysts V, W, X, and Y in this order.
〔反応試験12〕
実施例1と同様に反応試験を行った。
[Reaction Test 12]
A reaction test was conducted in the same manner as in Example 1.
(分析結果)
反応試験1〜12の分析結果を表1にまとめて示す。
(result of analysis)
The analysis results of the reaction tests 1 to 12 are summarized in Table 1.
表1より、触媒A〜O、R、U〜Yについては、いずれも、ルテニウムは担体に対し、20%以上の高い分散度で分散している場合に効率よく高カロリーガスを製造できていることがわかる。(実施例1〜8、比較例1)また、特に、触媒E,U,Wを比較するとルテニウムと鉄とを湿式還元法により担持させた場合は、触媒の担持順は、触媒の活性に大きくは影響していないことが読み取れる。 From Table 1, for catalysts A to O, R, and U to Y, all of ruthenium can efficiently produce a high calorie gas when dispersed with a high dispersity of 20% or more with respect to the support. I understand that. (Examples 1-8, Comparative Example 1) Further, in particular, when catalysts E, U, and W are compared, when ruthenium and iron are supported by a wet reduction method, the catalyst loading order greatly affects the activity of the catalyst. It can be read that there is no effect.
これに対し、触媒Aと触媒Qを比較すると、触媒Qは、ルテニウム−鉄の順で担持しているが、金属酸化物担体に対するルテニウム分散度が低く、高カロリーガス製造用触媒の製造方法として、触媒成分の担持順を、担体に鉄を担持したのち、ルテニウムを担持させる製法(実施例1、触媒A)とすることが、活性の高い高カロリーガス製造用触媒を製造する上で好ましい条件であることがわかる。
さらに、触媒Qと触媒Wを比較すると、触媒成分の担持順は鉄−ルテニウムの順であれば、鉄は焼成担持でも比較的高いルテニウム分散度を実現できるが、逆の順であれば、ルテニウムを湿式還元法で担持させることが好ましく、さらに好ましくは、鉄も湿式還元法で担持させるとよいことが分かる。
On the other hand, when comparing the catalyst A and the catalyst Q, the catalyst Q is supported in the order of ruthenium-iron, but the ruthenium dispersity with respect to the metal oxide carrier is low, and as a method for producing a catalyst for producing high calorie gas In order to produce a catalyst for producing high-calorie gas with high activity, it is preferable that the catalyst component is loaded in the production method (Example 1, catalyst A) in which ruthenium is loaded after iron is loaded on the carrier. It can be seen that it is.
Further, when comparing catalyst Q and catalyst W, if the loading order of the catalyst components is iron-ruthenium, iron can achieve a relatively high degree of ruthenium dispersion even if it is fired, but if the order is reversed, ruthenium It is found that it is preferable to carry the iron by a wet reduction method, and more preferably, iron is also carried by the wet reduction method.
また、触媒Pと触媒Tとを比較すると、ルテニウムの焼成担持の場合、400℃では、6時間の焼成でも1時間の焼成でも触媒の活性に大きな差はなく、400℃1時間の焼成条件で十分であることが分かる。 Further, comparing the catalyst P and the catalyst T, in the case of ruthenium firing support, at 400 ° C., there is no significant difference in the activity of the catalyst between the firing for 6 hours and the firing for 1 hour. It turns out that it is enough.
ここで、触媒Rよりルテニウムを湿式還元法で担持させる場合には、鉄の担持方法は問わず高いルテニウムの分散度を実現できていることが分かる。 Here, it can be seen that when ruthenium is supported from the catalyst R by the wet reduction method, a high degree of dispersion of ruthenium can be realized regardless of the iron supporting method.
また、触媒Qと触媒Aを比較すると、触媒Qにおいてルテニウムの分散度が低くなっていることが分かる。触媒Qにおける分散度が低いのは、鉄の焼成による担持の際、湿式担持されたルテニウムまでが焼成作用を受けたためと考えられ、鉄の焼成条件を、ルテニウムの焼成がおきにくい条件とすることで、ルテニウムの高い分散度が維持できるものと考えられる。このことは、アルミナ担体にルテニウムを湿式還元法で担持した後、コバルトを200℃で焼成担持した触媒の反応温度350℃における活性が良好(CO転化率99.5%)であったこと、ならびにルテニウム分散度が20%以上でないとCO転化率が90%未満である(触媒P,Q,T)ことから明らかである。したがって、ルテニウム、鉄の担持順を考慮しない場合であっても、湿式還元法により(比較例3、触媒Q)ルテニウムを担持することが高カロリーガス製造用触媒を製造する上で好ましい条件であると考えられる。 Further, when the catalyst Q and the catalyst A are compared, it can be seen that the dispersity of ruthenium in the catalyst Q is low. The reason why the dispersity in the catalyst Q is low is considered to be that wet-supported ruthenium has been subjected to a calcination action when it is supported by calcination of iron, and the calcination condition of iron is made difficult to cause ruthenium calcination. Therefore, it is considered that a high degree of dispersion of ruthenium can be maintained. This is because the activity of the catalyst in which ruthenium was supported on the alumina support by the wet reduction method and then calcined and supported on cobalt at 200 ° C. at a reaction temperature of 350 ° C. was good (CO conversion 99.5%), and It is clear from the fact that the CO conversion is less than 90% (catalysts P, Q, T) unless the ruthenium dispersion is 20% or more. Therefore, even when the loading order of ruthenium and iron is not taken into consideration, it is a preferable condition for producing a catalyst for producing a high calorie gas by loading ruthenium by a wet reduction method (Comparative Example 3, catalyst Q). it is conceivable that.
一方、ルテニウムを金属酸化物担体に担持させる場合に、一度に全量担持させた場合(触媒R)と、全量を二度に分けて担持させた場合(触媒A)とでは、二度に分けた場合のほうが高い分散度を実現できることがわかった。すなわち、担持させる触媒は、一度の操作あたりに存在する量が少ないほど、凝集しにくいために分散度が高くなりやすく、また、あとの操作で担持させた触媒の凝集も低く抑えられていることがわかる。 On the other hand, when ruthenium is supported on the metal oxide support, the case where the entire amount is supported at once (catalyst R) and the case where the entire amount is supported twice (catalyst A) are divided twice. It was found that the case can achieve a higher degree of dispersion. That is, the smaller the amount of catalyst to be supported per operation, the less likely it is to agglomerate, so the degree of dispersion tends to increase, and the agglomeration of the catalyst supported in subsequent operations is also kept low. I understand.
次に、実施例2によれば、金属酸化物担体としては、チタニア、アルミナが有効に利用できることが明らかになった。また、チタニアを利用した場合に、もっとも低い反応温度で高カロリーガスを製造できることから、担体としてはチタニアが好ましいことがわかった。 Next, according to Example 2, it became clear that titania and alumina can be effectively used as the metal oxide support. In addition, when titania is used, high calorie gas can be produced at the lowest reaction temperature, and thus it has been found that titania is preferable as the carrier.
次に、実施例3によれば、表1の触媒C〜Hおよび図1に示すように、高カロリーガス製造用触媒の担体へのルテニウムの担持量が少なくなると、触媒としての活性が落ち、反応温度を高くしなければ高カロリーガスを製造しにくくなる傾向にあり、高カロリーガス製造の省エネルギー性が低下しやすい。一方、ルテニウムの担持量が多くなると、ルテニウムの分散度が低下するとともに、生成ガス中に含まれるガス成分のメタン選択率が高くなり、生成ガスの換算発熱量が低くなる傾向にあり、そのままでは、高カロリーガスとしての用途に耐えなくなるため、反応後の成分調整等が必要になる等の問題を生じやすい。そのため、ルテニウムの担持量は、1質量%〜8質量%とすることが好ましい。また、ルテニウムの担持量は、2質量%〜6質量%とすることが、さらに好ましいことがわかる。 Next, according to Example 3, as shown in the catalysts C to H in Table 1 and FIG. 1, when the amount of ruthenium supported on the carrier of the catalyst for producing high calorie gas decreases, the activity as a catalyst decreases, If the reaction temperature is not increased, it tends to be difficult to produce high-calorie gas, and the energy-saving property of producing high-calorie gas tends to decrease. On the other hand, as the amount of ruthenium supported increases, the dispersibility of ruthenium decreases, the methane selectivity of the gas component contained in the product gas increases, and the converted calorific value of the product gas tends to decrease. Since it cannot withstand the use as a high calorie gas, it tends to cause problems such as adjustment of components after reaction. Therefore, it is preferable that the load of ruthenium is 1% by mass to 8% by mass. It can also be seen that the amount of ruthenium supported is more preferably 2% by mass to 6% by mass.
次に、実施例4(実施例3を一部参照)によれば、表1の触媒E,I〜Lおよび図2に示すように、高カロリーガス製造用触媒の担体への鉄の担持量が多くなると、触媒としての活性が落ち、反応温度を高くしなければ高カロリーガスを製造しにくくなる傾向にあり、高カロリーガス製造の省エネルギー性が低下しやすい。一方、高カロリーガス製造用触媒の担体への鉄の担持量が少なくなると、ルテニウムの分散度が向上するとともに、生成ガス中に含まれるガス成分のメタン選択率が高くなり、生成ガスの換算発熱量が低くなる傾向にある。したがって、鉄の好ましい担持量は0.5質量%〜10質量%、さらに好ましくは、0.5質量%〜3質量%であることがわかる。
Next, according to Example 4 (see part of Example 3), as shown in
また、実施例5より、鉄族元素としては、表1の触媒E、Mより、鉄の他に、コバルトも用いることができる事がわかる。ただし、コバルトを用いた場合、鉄の場合よりも生成ガス中に含まれるガス成分のメタン選択率が高くなり、生成ガスの換算発熱量が低くなる傾向にあり、そのままでは、高カロリーガスとしての用途に耐えなくなるため、反応後の成分調整等が必要になる等の問題を生じやすい。そのため、鉄族元素としては鉄を用いることが好ましいことがわかる。 Further, from Example 5, it can be seen that, as the iron group element, cobalt can be used in addition to iron from the catalysts E and M in Table 1. However, when cobalt is used, the methane selectivity of the gas component contained in the generated gas is higher than in the case of iron, and the converted calorific value of the generated gas tends to be low. Since it cannot withstand the intended use, it tends to cause problems such as adjustment of components after reaction. Therefore, it can be seen that iron is preferably used as the iron group element.
さらに、比較例1によると、表1の触媒N、Oより、鉄族元素を担持しない場合、生成ガス中に含まれるガス成分のメタン選択率が高くなり、ほとんど高カロリーガスが得られないことが確認できた。また、純粋に高カロリーガス製造用触媒における高カロリーガス生産性の担体による効果を比較することができ、チタニアのみの触媒Nでも、多少は高カロリーガスを生産する能力を有することが読み取れる。 Further, according to Comparative Example 1, when no iron group element is supported from the catalysts N and O in Table 1, the methane selectivity of the gas component contained in the generated gas is high, and almost no high calorie gas can be obtained. Was confirmed. Moreover, the effect by the carrier of high calorie gas productivity in the catalyst for high calorie gas production can be compared, and it can be read that even the catalyst N of only titania has the ability to produce high calorie gas.
尚、本発明では、各触媒が生産する生成ガスが高カロリーガスと呼ぶか否かを、およそ、この触媒Nの生産する生成ガスの発熱量を超えるか否かにより判定するが、生成ガスが炭素数2〜4の飽和炭化水素ガスを有意に生成し、主成分の1つとして含有していれば、一応、高カロリーガスを製造する能力のある触媒であるものと考えてよい。好ましくは、他のガスの添加によるカロリー調節なしに(むしろメタンによる希釈により)、都市ガスとして供給可能な、換算発熱量45MJ/Nm3以上のカロリーの生成ガスを生産することが望まれる。 In the present invention, whether or not the product gas produced by each catalyst is called a high calorie gas is determined by whether or not the generated gas produced by the catalyst N exceeds the calorific value. If a saturated hydrocarbon gas having 2 to 4 carbon atoms is significantly generated and contained as one of the main components, it may be considered as a catalyst capable of producing a high calorie gas. Preferably, it is desired to produce a calorific product gas having a converted calorific value of 45 MJ / Nm 3 or more that can be supplied as city gas without adjusting calories by adding other gases (rather by dilution with methane).
〔その他〕
尚、含浸法においてルテニウム化合物、鉄化合物として硝酸塩、塩酸塩を用いた例が混在するが、一般に含浸法において、還元あるいは酸化により、担持される化合物の最終形態が、安定な金属あるいは安定な酸化物となることがわかっている場合、出発原料の陽イオンに対する陰イオンは何れのものでも、ほぼ同じ結果が得られることが知られている。そのため、本発明の高カロリーガス製造触媒の製造方法においては、出発原料としてのルテニウム化合物、鉄化合物としてはいかなるものを用いてもかまわない。
[Others]
Examples of ruthenium compounds and nitrates and hydrochlorides used as iron compounds are mixed in the impregnation method. However, in the impregnation method, the final form of the supported compound is generally stable metal or stable oxidation by reduction or oxidation. It is known that almost the same result can be obtained with any anion relative to the cation of the starting material. Therefore, in the method for producing a high calorie gas production catalyst of the present invention, any ruthenium compound or iron compound as a starting material may be used.
前記担体は、球状のものを採用したが、ペッレット状、リング状、チューブ状、不定形状等任意の形状のものを採用することができる。また、前記反応試験では、筒状容器に充填する形態で使用したが、ハニカム形状のフィルタとして設置する等、任意の適用形態で使用することができる。 The carrier has a spherical shape, but any shape such as a pellet shape, a ring shape, a tube shape, or an indefinite shape can be adopted. Moreover, in the said reaction test, although it was used with the form filled with a cylindrical container, it can be used with arbitrary application forms, such as installing as a honeycomb-shaped filter.
湿式還元法を採用したことで、気相還元を採用した場合に必要な、取り扱いに注意が必要である水素ガスなどの還元用ガスの後処理の問題が無くなる。尚、本実施形態では湿式還元法にヒドラジン溶液を用いたが、ホルマリン、ギ酸、水素化ホウ酸ナトリウム溶液などの還元剤を用いることもできる。 Employing the wet reduction method eliminates the problem of post-treatment of a reducing gas such as hydrogen gas, which is necessary when handling vapor phase reduction and requires care. In this embodiment, a hydrazine solution is used in the wet reduction method, but a reducing agent such as formalin, formic acid, or a sodium borohydride solution can also be used.
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